變電所的微機保護和綜合自動化系統

楊志 楊明漢

摘 要：變電所的微機保護可充分發揮和利用計算機的數值運算、邏輯判斷和存儲記憶等對信息進行處理，其最大的特點就是快速敏捷，并可實現管理自動化，最終達到無人值守的目的。對系統運行自動化水平的提高有著意義重大，同時故障發現與排除的準確性也大大提高。

關鍵詞：變電所 自動化 計算機 保護系統

中圖分類號：TM766 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）02（c）-0000-00

1 變電所的微機保護

國內早期變電所的保護系統主要是機電式繼電保護系統，它有以下幾個長期存在的缺陷：（1） 沒有自診斷和自檢功能 （2） 動作速度慢（3）裝置的靈敏度差，有可能發生誤動作（4） 保護裝置的功能靈活性差。

而微機保護則可以充分利用計算機處理信息的能力，通過搭配相關的軟件應用，不僅有繼電保護系統的一貫特點外，還具備靈敏和快速的優點。這種系統的邏輯分析和綜合判斷能力很強，可以進行自動識別。高可靠性，不容易被干擾；系統的保護動作特性和功能可以方便地通過改變軟件程序來進行調整，調試方便，因此適應的靈活性較大。同時，微機保護的通訊功能非常完善，構建綜合自動化系統也較為便利，最終達到無人值守，對系統運行自動化水平的提高有著重大的意義。

2 微機系統保護的組成

典型的微機保護系統主要由微機系統、數據采集的系統、開關量的I/O系統三個部分組成。

1、微機系統：即微型計算機。由運算器、存儲器、控制器、I/O設備組成。

2、數據采集的系統：該系統一般包含交流轉換和電壓形成、采樣保持器、模擬低通濾波器、模數（A/D）轉換電路、多路轉換開關等組成部分。它的作用是把模擬信號的輸入量轉換成所需要的數字量。

（1）交流互換和電壓形成：微機保護是從供電系統中的電流互感器和電壓互感器上獲取信息，但是互感器二次側的數值（一般是5A和100W）是不能直接輸入微機系統的。因此需要用中間變換器對從供電系統中的電流互感器和電壓互感器上獲得的信號進行轉換，從而獲取適用于A/D變換的電壓輸入信號。中間變換器還可以起到隔離的作用，保護的可靠性提高了。

在微機保護系統中一般有兩種方式來采集模擬量，一種是直流采樣檢測，另一種是交流采樣檢測。

（2）模擬低通濾波器：對于微機系統保護而言，選擇采樣頻率是系統硬件設計的一個核心問題。由于微機保護是一個實時系統，如果采樣頻率過高，數據采集系統會不斷地向CPU傳輸數據，CPU要在兩個相鄰采樣間隔的時間周期內，把每一組采樣值所必須的各種運算和操作處理完畢。這樣CPU就可能因為跟不上實時節拍而停止工作；假如采樣頻率過低，供電系統發生故障的初始那一瞬間，電流、電壓中都含有較高的諧波成分，這樣又會造成頻率混疊而讓數據失真。因此，設置一個模擬低通濾波器在采樣環節之前，就可以將電流、電壓信號中的高頻分量過濾掉，從而降低采樣頻率，微機對系統硬件的要求也隨之降低。

（3）采樣保持器：該裝置的作用就是采樣后將采樣數值保持一段時間不變。在微機保護中，該裝置的功能是在數模轉換的過程中，保持信號采樣的數值不發生變化。

（4）多路開關：在微機保護和微機監測中，被保護和被監測的電路往往是幾十路，這些被監測量常使用公共的模數轉換電路。而模數轉換電路不能同時轉換各路被測量，而是一路接一路地轉換，這就產生了各路被測量分時占有A/D轉換電路的問題。

完成被測回路與A/D轉換電路之間輪流切換的裝置稱為多路開關，多路開關的路數依實際需要而定，如采用16路、32路、64路、128路等。

（5）模數（A/D）轉換電路：由多路轉換開關送入轉換電路輸入端的量是連續變化的電流、電壓、功率等，這種連續變化的量稱為模擬量，而數學計算機不能直接處理模擬量，因此，被監測的模擬量必須先轉換為相應的數字量，才能送入計算機。

模數轉換電路的作用就是把輸入端傳來的模擬量轉換成數字量。模數轉換電路有現成的產品，可以直接使用，一般常用的芯片型號有AD574、ADC1210等等。

3、開關量的I/O系統：該系統由多個光電隔離器、并行接口適配器、有接點的中間繼電器等部件組成，以完成各種保護的出口跳閘、外部接點的輸入、人機對話及信號報警等功能。該系統開關量輸入通道的設置是為了實時地了解斷路器及其它輔助繼電器的狀態信號，以確保保護動作的準確性。而開關量的輸出通道則是為了完成斷路器跳閘及信號報警等功能而設計的。

（1）開關量輸入回路：對微機保護裝置的開關量輸入可以分成兩類，即安裝在裝置面板上的接點和從裝置外部引入的接點。

（2）開關量輸出回路：開關量輸出主要包括保護的跳閘出口以及中央信號和本地信號等，一般控制有接點繼電器的方法都采用并行接口的輸出口。為提高抗干擾能力，通常也經過一級光電隔離。

3 變電所的綜合系統自動化特點

變電所的綜合系統自動化具有以下明顯的特點：

（1）綜合化的功能：在計算機硬件技術、軟件模塊化技術的基礎上，變電所的綜合自動化技術是建立發展起來，變電所內除交直流電源以外的其它全部二次設備都被它綜合了。

（2）微機化的結構：變電所的綜合自動化系統內的主要插件全是微機化的分布式結構，網絡總線連接將微機保護、數據采集、控制環節的CPU群構成一個整體，實現各自功能，一個系統往往有幾十個CPU同時并行運行。

（3）屏幕化的操作監視：綜合系統自動化使用彩色大屏幕顯示器，值班人員可以對變電所進行全方位監視和操作。數據顯示會代替變電所的值班人員在面對指針儀表的讀數會，相關的故障復位操作可以在屏幕上進行操作。

（4）智能化的運行管理：變電所綜合自動化系統的智能化運行管理，不僅表現在功能自動化上，還表現在系統本身所具備的在線專家功能和自診斷功能。原有的一次設備只能被二次系統檢測，系統本身的故障只能運行維護人員去檢查。而綜合系統自動化即能監測供電系統的一次設備，也能實現在線自檢。

4 變電所綜合自動化系統的基本功能和結構

4.1 綜合自動化系統的基本功能如下：

（1）數據的采集：其主要功能之一是對供電系統運行參數的實時在線采集，運行的參數可分為狀態量、模擬量和脈沖量。（2）數據的記錄與處理：需要處理的數據主要是指用戶和電力部門之間產生調度所要求的數據。內容包括變電所運行參數的統計、計算、分析；變電所內各種事件信息的登陸、存檔、順序記憶；變電所內運行參數和設備的越限報警及記錄。（3）控制與閉鎖的操作：主要內容包括出口具有跳、合閉鎖功能；操作出口具有并發操作的閉鎖；根據實時信息，實現隔離開關、斷路器操作閉鎖；適應一次側設備現場維修操作；CRT屏幕閉鎖功能的操作。（4）微機保護：微機保護主要包括線路保護、變壓器保護、母線保護、電容器保護、備用電源的自動投入裝置和自動重合裝置等。（5）與遠方操作控制中心通信。（6）人機交互。

4.2 變電所綜合自動化系統的結構

變電所綜合自動化系統的結構模式可以分為集中式、分布集中式和分布散式三種類型。其中分布式結構是按變電所內的回路設計的，每個單元模塊對應于一條回路或按變電所內的一次設備對應分布設置。而分布散式結構的特點是減少了所內的二次設備及信號電纜，避免了電纜傳送信息時的電磁干擾，節省了資源，簡化了維護。

5 結語

工廠企業供電系統使電力系統的重要組成部分，在實際應用中，可以采用綜合自動化系統的方案；逐步向綜合自動化系統發展，最終實現無人值班的變電所的運行方式。隨著科學技術的不斷進步，未來會有更多的高新技術融入到生產應用中來。

參考文獻

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[2] 余建明、同向前、蘇文成 《供電技術（第3版）》 機械工業出版社 1998

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